第33卷，第8期 2013年8月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33, No. 8,pp2280-2285
August，2013
光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标中心波长偏移研究
王明志，晏磊，杨彬，勾志阳
北京大学地球与空间科学学院，遥感与地理信息系统研究所，北京100871
摘要成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。但是室内外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。对光栅色散型成像光谱仪各光谐通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究，从光栅色散型成像光谱仪的光学结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模，对震动、机械形变和浓度等主要影响因素进行理论推导和数量级估算，结合实验结果进行对比分析。理论推导和实验数据分析都表明光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关系，其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素，使用环境
温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。关键词光栅色散；光谱定标；中心波长偏移
中图分类号：TP701
引言
文献标识码：A
DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2013)08-2280-06
较大的差异，因此，对不同工作状态下的成像光谐仪每个光谱通道进行中心波长定标尤为重要。
在精度要求不高的场合通常使用实验室环境下的光谱定
成像光谱仪能同时获取地物的图像和光谐，是高光谱遥感数据采集的主要仪器。1983年美国喷气推进实验室（JPL）成功研制出第一台航空成像光谱仪（AIS1)，并将其应用于遥感领域。随后，包括中国在内的许多国家都研制了一系列成像光谱仪。成像光谱仪根据其成像方式的不同可以分为以线阵探测器为基础的光机扫描式、以面阵探测器为基础的固态推扫式、以面阵探测器加光机的并扫式成像光谱仪；按照分光原理的不同又可以分为校镜色散型、光栅色散型和傅里叶干涉型成像光谱仪。由于光栅色散能够实现较高的光谱分辨率，面且其色散的线性度好，因此目前国际上比较成熟的航空和航天飞行器上搭载的成像光谱仪绝大部分是光栅色散型成像光谱仪。
对成像光谱仪进行精确的光谱定标是遥感定量反演地表参数的前提和基础。物理本质上，成像光谱仪每个成像单元所获得的能量是该成像单元的光谱响应函数与人射能量的光谱分布函数的卷积。因此，通过实验获取成像光谱仪每个光谐通道的中心波长和光谱带宽是成像光谱仪光谱定标的主要内容。通常情况下，由于物理结构的限制，成像光谱仪每个光谱通道的带宽变化不大，而由于硬件装配、使用环境等因素造成的每个光谱通道的中心波长与理论设计值之间却存在
收稿日期：2013-02-04，修订日期：2013-05-06
基金项目：国家(863计划)项目(2008AA121806)资助
标结果作为成像光谱仪的光谱参数。然而，由于航空和航天遥感中成像光谱仪的实际工作环境与实验室的测试环境存在较大的差别，为了获取成像光谱仪工作状态下的光谱参数，还需对其进行工作状态下的光谱定标，即外场环境下的光谱定标。国内外很多学者都对此进行了大量的研究工作，建立了较为完善的理论和方法。Barry)等利用大气吸收线与参考数据进行比较分析进而得到每个光谱通道所对应的中心波长，并据此对EO-1上搭载的Hyperion传感器的光谱定标结果进行了验证，Strow)等对EOSAqua卫星上搭载的at mospheric infrared sounder（AIRS)进行了实验室的光谱定标
研究，Gaise
等对AIRS进行了星上的光谱定标研究，To
bin]等使用AIRS获取的高分辨率大气光谱数据对EOS Aqua卫星上搭载的MODIS传感器的定标结果进行了评价。 GuanterS)等提出成像光谱仪光学系统可能存在的光谱弯曲和旋转，研究了利用大气吸收特征进行成像光谱仪光谱通道中心波长偏移量检测算法，并将该方法成功地应用到不同的高光谱传感器。Robert(*)等利用反射率反演的方法对星载高光谱传感器光谱通道中心波长和带宽进行了在轨定标，并分析了传感器中心波长的弯曲效应。国内王天星等在前人研究基础上综合优化算法，在不需要实测地表反射率的情况
作者简介：王明志，1982年生，北京大学地球与空间科学学院博士研究生万方数据
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